硬币分类、整理、包装机械系统设计关键问题研究

罗梦佳 李志国 高立峰

摘  要：为了降低钱币在流通过程中的磨损度，国家在小面值钱币的印刷和发行方面，相对于保存和流通寿命较低的纸币来讲更加倾向于使其硬币化，因此目前硬币的发行和流通量正处于一个不断增长的态势。而硬币分类、整理及包装工作又是一项十分繁杂的工作。基于此现象，本文首先介绍了硬币分类、整理、包装机械系统的设计思路，继而提出了其总体设计方案，最后展开了硬币分类、整理、包装机械系统设计中关键问题的研究。

关键词：硬币分类;硬币整理;硬币包装;机械系统设计

中图分类号：TH693.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）08-0190-03

Abstract：In order to reduce the wear and tear of coins in circulation，the printing and issuing of small denomination coins in the state is more inclined to monetize than the paper money with lower preservation and circulation life. As a result，the current issue and circulation of coins are in a growing trend. And coin classification，sorting and packaging work is a very complicated job. Based on this phenomenon，this paper first introduces the design ideas of coin classification，finishing，packaging machinery system，and then puts forward its overall design scheme. Finally，the research on the key problems in coin classification，finishing and packaging machinery system design is carried out.

Keywords：coin classification;coin arrangement;coin packaging;mechanical system design

0  引  言

商業社会伊始时期，人们从事经济活动基本上都是通过以物易物、物物交换的形式来获得自己所需要的事物，在当时的社会条件下，要想得到某种称心如意的商品，人们不得不辗转多个集市，消耗很大的精力和时间，但即使在这样的情况下，也很难满足最基本的交易需求。而货币的出现使得这一困扰人类的重大问题得到了妥善的解决，直至今日，货币在社会经济生活中仍然发挥着巨大的作用。

在当前社会，信息科技的发展也带来了人们交易方式的变革，特别是网商经济的日渐繁荣，使得货币虚拟化的进程不断加快，给传统的实体货币交易方式带来了一定程度上的冲击，特别是大额交易方面，人们更加倾向于使用网上转账、网上支付等手段来代替现金交易。此种现象的出现是社会发展的必然结果，虽然对大额实体货币交易存在影响，但在另一个方面，这也刺激了小额货币特别是硬币交易市场的繁荣：一方面，人们在进行小额交易时，掏出硬币比掏出手机实施操作更具便捷性;另一方面，对小额货币而言，硬币比纸币更具耐磨损性，因此其流通量和发行量也越来越大。在这样的前提下，设计一类机械系统用以实现对硬币进行分类、整理及包装的工作也有着很强的实用性。

1  硬币分类、整理、包装机械系统设计思路介绍

1.1  设计灵感来源

科技的发展使人们的生活更加智能化，同样使得人们的交易方式更加智能化。在很多公共场所可以看到，各类自助经商设备越来越多地投入市场，这些设备一般情况下都具备一个共同点，就是其“自动找零”功能，在对多个设备进行使用测试后不难发现，绝大多数设备找零的结果是通过吐出硬币的形式来实现的。这种现象反馈出，必然有一套处理部件存在于设备内部，在进行着硬币的相关处置工作。因此，设计一整套机械系统，用来进行硬币分类、整理和包装工作，其可行性是比较强的。

1.2  市场前景分析

设计的意义在于其使用价值，一类设计仅仅满足符合可行性是远远不够的，还必须考虑其应用性。目前，就硬币的分类、整理以及包装工作而言，加快其机械化操作进程的研究确实是社会需求的实际反映，因此该机械系统的发展前景也十分广阔。这种社会需求性主要体现在两个层面上。

一是大量使用硬币的单位、机构或企业增多及经营范围的扩大。公共交通领域是硬币使用最典型的行业，公交公司每天都在收入大量的硬币，必定需要面对硬币的清点处理工作;同时，轨道交通领域也大范围地投放了很多自助售票机代替人工窗口，硬币的使用量激增;除此之外，多类盈利性便民服务设施和商业经营设备越来越普遍地存在于人们的生活中，如自助洗车、娃娃机、自动售卖机等等，其收入形式基本都是硬币，这些经营企业也迫切需要提高硬币的整理效率。

二是硬币的人工清点及分类、整理、包装等工作问题弊端较多。现在很多单位和企业都在使用人工手段来进行大量的硬币清点整理分类以及包装工作，经常有新闻报道某地银行或某公交公司多名员工耗时很久去完成一项硬币清点任务。在这样的模式下，不仅会造成人力资源和时间上的大大浪费，降低工作效率影响正常工作，同时也无法保证清点人员在长时间的工作下硬币清点结果的准确性。而基于硬币分类、整理、包装的机械系统设计与人工手段相比，无论是时间成本还是劳动力成本，都有着极大优势。

2  硬币分类、整理、包装机械系统的总体设计方案概述

依据上文中的相关可行性分析，现对此机械系统总体方案架构进行设计。系统整体由硬币分类装置、硬币整理计数装置和硬币自动包装装置组成，系统驱动方式采用电力驱动。分类装置根据硬币的重量和大小依托离心旋转盘及分拣集币容器对硬币进行分类;整理计数装置以齿轮滚筒、集币容器和汇集轨道等为主体，依靠电机的控制和计数器实现多次计数;自动包装装置中包括倾斜的滑道、曲柄滑块机构、弹簧和传送带等要素，从硬币入盒、入盒后包装、包装后传送三个环节实现整个系统的工作过程。

3  硬币分类、整理、包装机械系统设计关键问题研究

在整体设计中，几类装置虽然各司其职，但同样要完善地融合在整个系统之中，特别是在其机械部件的设置和构造上，应考虑到硬币这一类处理对象体积小、质量轻的特点，在每一个设计环节中都要注重设计内容的精细化程度。因而在此机械系统的设计上，其关键问题就是如何保证几类装置工作性能在整个系统设计中得到有效发挥。

3.1  影响硬币分类装置功能实现的关键问题探究

在硬币分类装置这一模块中，保证硬币进入过程定量、均匀、有序以及实现其分类的准确性是该部分最为关键的技术问题，因此在该部分的机械系统具体设计中，着重注意的要素有以下几个方面。

（1）进币口设计倾斜度和形状要求。进币口是硬币进入设备的第一通道，在倾斜度的把握上一要防止倾斜不足导致硬币掉出，二要防止倾斜过大导致硬币堵塞或单位时间内进入硬币过多，经试验，将倾斜度定为40°;为方便硬币投入，进币口形状设计为漏斗形。（如图1所示。1为柜体，2为出币口）

（2）传送带与离心旋转盘的同步配合。传送带的设计主要解决硬币进盘的定量和均匀问题，避免离心盘超出载荷导致硬币卡堵和装置损坏，在完善二者同步配合机制的设计上，加入挡片及分离引流轨道，可有效保证此环节正常运行。

（3）分拣集币部件的分拣方式依据。本设计主要根据硬币性状差异实现此项功能，通过电涡流传感器发出的阻抗值信号进行币类区分，利用数据分析模块和电磁铁控制模块同步进行伪币筛除，使一元、五角、旧版一角以及新版一角硬币得以迅速分類。

3.2  影响硬币整理装置功能实现的关键问题探究

就这一环节而言，该模块设计内容对整个机械装置而言最需要实现的成果就是对硬币进行精确计数。而为了保证计数结果的准确性，有两项具体工作不能忽视。

第一个是为了避免硬币掉落异常，在其汇集轨道的设计上不能忽视。本设计通过多次测量取平均值的方式，得出一元硬币、五角硬币、旧版一角硬币以及新版一角硬币的重量分别为6.1g、3.8g、2.2g和3.2g，对其重力和阻力情况进行分析后，针对以上四种硬币分别设计40°、45°、55°以及50°为轨道倾角。（如表1所示）

表1  不同硬币的参数列表

第二个是为了保证设备使用寿命和统计的准确性，在计数器的选取和采用上不能忽视。本设计通过调查研究，最终确定使用运行速度快、计数效率高、稳定性强的M12激光对射光电计数开关传感器直流三线NPN作为系统计数部件。

3.3  影响硬币包装装置功能实现的关键问题探究

对于整个机械系统的设计而言，硬币的包装模块已经属于硬币处理的最后环节，在设备的物理位置上也处于最后端，在这一过程中如出现包装失败导致硬币散落等情况，则会造成前期成果的浪费以及大量重复性工作的产生，因此一要注意防止卡币问题的发生，二要保证包装盒的正常传送。

（1）防止发生卡币问题。此模块设计中，利用弹簧的弹力将硬币夹在滑块和弹簧挡板之间，通过改变弹簧的长度控制硬币一次性落入硬币包装盒的数量，实现对硬币流量进行控制。

（2）包装盒的正常传送。通过设备的机电运转，使硬币包装盒置通过传送带的转动被送入相应的工作位，等待收取硬币，同时传送带也将装满硬币的硬币包装盒送出，此设计的关键在于传送带的速度设计，需要考虑硬币收取前和收取后的包装盒重量差异，设定其匀速运行。

参考文献：

[1] 林洪贵.基于分离盘的硬币清分机实例介绍 [J].现代商贸工业，2007，19（9）：280-281.

[2] 黄红霞.基于电涡流传感器的硬币识别研究 [J].湖北理工学院学报，2012，28（5）：5-7.

作者简介：罗梦佳（1997.05-），女，汉族，山东滨州人，本科在读，研究方向：机械工程。